Gli interferometri LIGO, Virgo e KAGRA hanno rilevato due fusioni di buchi neri di seconda generazione

Si torna a scrivere di onde gravitazionali e buchi neri, grazie alle novità che arrivano dagli interferometri LIGO, Virgo e KAGRA, dopo quanto riportato a luglio di quest'anno. Questa volta si tratta di due fusioni distinte, scoperte a circa un mese di distanza l'una dall'altra alla fine dello scorso anno e i cui dati sono stati inseriti in un nuovo studio.

La particolarità di queste fusioni è che riguarda buchi neri di seconda generazione, rilevate per la prima volta dai sensibili strumenti. Questo genere di oggetti ha una storia particolare. Un primo buco nero, formatosi per esempio dopo il collasso di una stella da oltre 20 masse solari, rimane in un ambiente ricco di materia come un ammasso galattico o un nucleo galattico e si trova nelle vicinanze di un altro buco nero portando alla fusione dei due oggetti e formando così un buco nero di seconda generazione (fusioni gerarchiche).

Le informazioni sulla nuova scoperta sono state inserite nello studio dal titolo GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-spin Black Hole Coalescences. Gli eventi dei quali tratta lo studio sono stati chiamati GW241011 e GW241110 (ottobre e novembre 2024) e hanno generato il rilascio di onde gravitazionali, ossia "increspature" nel tessuto spaziotemporale che sono decisamente difficili da rilevare ma, grazie al progresso tecnologico, ora è possibile studiare nel dettaglio (ma si tratta ancora di una "novità" a livello scientifico, con molti progressi possibili nel prossimo futuro).

GW241011 è stata rilevata l'11 ottobre 2024 e dovrebbe essere il risultato di una fusione avvenuta a 700 milioni di anni luce dalla Terra. I due buchi neri di questo evento avevano 17 e 7 masse solari con il primo che è stato anche il buco nero più veloce mai osservato finora.

Non è passato molto che è stato rilevato un nuovo evento. Il 10 novembre 2024 è stata rilevata una nuova fusione (GW241110), questa volta a ben 2,4 miliardi di anni luce dalla Terra che ha coinvolto due buchi neri da 18 e 8 masse solari. Interessante notare come il buco nero più massivo di questo evento ruotasse in direzione opposta rispetto alla sua orbita (solitamente invece ruotano nella stessa direzione).

Questo genere di interazioni era già stata prevista a livello teorico e attraverso simulazioni, ma solo ora abbiamo anche un riscontro diretto. Stephen Fairhurst (professore dell'Università di Cardiff) ha dichiarato che "GW241011 e GW241110 sono tra gli ultimi eventi delle diverse centinaia osservati dalla rete LIGO-Virgo-KAGRA. Entrambi gli eventi hanno un buco nero significativamente più massiccio dell'altro e in rapida rotazione, e forniscono indicazioni interessanti che questi buchi neri si siano formati da precedenti fusioni di buchi neri".

Non c'è ancora la certezza assoluta che si sia trattato di un evento legato a buchi neri di seconda generazione ma alcune caratteristiche lo lascerebbero pensare. Per esempio la differenza di massa tra i due oggetti coinvolti nella fusione e l'orientamento della rotazione sarebbero indizi interessanti. Come scritto sopra, questo genere di fusioni sono più probabili in ambienti dove sono presenti molti altri oggetti, come gli ammassi stellari.

Se ci si concentra poi sull'evento GW241011, la precisione con la quale è stata portata a termine ha permesso di confermare alcune parti della teoria della relatività generale di Einstein. Infatti un buco nero che ruota rapidamente lo deforma anche leggermente e questa caratteristica è rilevabile attraverso le onde gravitazionali emesse. In questo evento i dati confermerebbero la soluzione proposta dal matematico Roy Kerr che concorderebbe con quanto previsto da Einstein.

Sempre grazie ai dati raccolti per questo studio, è stato possibile ridurre l'incertezza circa la massa delle particelle chiamate bosoni ultraleggeri. Queste particelle sono previste da teorie che superano il Modello Standard e potrebbero generarsi anche dall'energia sprigionata da un buco nero in rotazione. Con l'evento GW241011 e alla raccolta dei suoi dati è stato possibile escludere masse dei bosoni ultraleggeri, permettendo così di arrivare più vicini a una misurazione precisa.